CN115442738A - 一种室内室外无缝结合定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内室外无缝结合定位方法及系统，解决室内外定位融合的技术难题，同时得避免技术应用时的局限性，适应更多种情况下的室内外定位融合难题，在室内、室外的临界区设置一个过渡区，在过渡区的室内侧处建立至少包含两列蓝牙信标群，在过渡区的室外侧处设定GPS标志点，在此基础上，通过移动终端内的控制单元以及配套软件管理程序实现对室内向室外或室外向室内的融合定位，本发明可以实现四模定位，根据用户需求不同，可以提供仅室内、仅室外、室内与室外、高精定位的室内与室外等多种组合方式，有利于管理人员实时了解定位人员的轨迹状态，同时还可以应用在对讲技术领域，可以实现对讲互通，定点打卡与巡检。

Description

一种室内室外无缝结合定位方法及系统

技术领域

本发明属于蓝牙、GPS定位技术领域，主要应用于大型厂房的室内与室外的定位，特别是室内与室外进行定位衔接时可以做到无缝结合，可以使定位轨迹在室内外进行连续定位。

背景技术

室内与室外的定位技术目前已经比较广泛，室内一般采用蓝牙或无线基站定位，室外一般采用GPS或基站定位等。而采用基站定位由于相对误差比较大，因此其仅用于作为备用方案，用蓝牙进行室内定位、用GPS进行室外定位则属于优先考虑的定位方案。

虽然室内和室外分别有了定位技术，但随着科技的不断进步和人们需求的不断提升，在大型的工业厂区提出了更高的要求。由于工作职责的需要或是工作范围等多方面原因，需要对一些工作人员进行全方面的定位，包括在厂房、以及厂房外所有的区域进行定位。因此就涉及到室内室外定位的融合问题。如果融合的不好，则由于室内与室外是具有临界点的，就会在定位模式切换过程中出现定位点丢失，不能反映出实际的行动轨迹。

针对室内与室外的定位融合问题，现有技术也有在不断改善，例如通过设置在移动终端上的环境光照检测单元来判断是室内还是室外，进而切换定位模块进行定位。这种方式在一定程度上解决了室内外融合定位的问题，但是它的局限性非常明显。因为通过检测环境光照的方式并不能在所有情况都容易实现，例如在天气阴暗或者雨季，室外的光线并不一定比室内的光线明亮。另外，如果到了夜晚，室内甚至比室外还要明亮。因此这种方法显然不能当下的需求。

再谈论到室内外定位融合技术本身，无论采用哪种方式，都要重点考虑3个问题：1是功率问题，由于室内外必然至少采用两种模式进行定位，都开启时对定位模块的用电消耗极大；2是由于室内与室外具有临界点，在定位模式切换的过程中容易出现定位点丢失；3是无论是在室内还是室外，如何提高定位精度，才能实现定位轨迹高度展示。

发明内容

本发明的目的是为了解决室内外定位融合的技术难题，同时得避免技术应用时的局限性，适应更多种情况下的室内外定位融合难题，设计了一种室内室外无缝结合定位方法及系统。

本发明采用的技术方案是，一种室内室外无缝结合定位方法，在室内固定设置蓝牙信标，移动终端借助蓝牙定位模块和GPS定位模块分别实现室内与室外的定位，关键是，在室内、室外的临界区设置一个过渡区，在过渡区的室内侧处建立至少包含两列蓝牙信标群，在过渡区的室外侧处设定GPS标志点，在此基础上，通过移动终端内的控制单元以及配套软件管理程序实现对室内向室外或室外向室内的融合定位，具体步骤如下：

a、移动终端的蓝牙定位模块和GPS定位模块同时开启，蓝牙定位模块搜索周围的蓝牙信标的数量；

b、如果搜索到的蓝牙信标数量大于设定的阈值，则控制单元开启蓝牙定位模块、关闭GPS定位模块，否则，控制单元开启GPS定位模块、关闭蓝牙定位模块；

c、在开启蓝牙定位模块、关闭GPS定位模块后，当蓝牙信标群检测到移动终端的运动方向朝向门外时，开启GPS定位模块，并延时关闭蓝牙定位模块，切换成室外定位；

在开启GPS定位模块，关闭蓝牙定位模块后，当移动终端的GPS定位点进入到GPS标志点覆盖的区域内时，开启蓝牙定位模块，延时关闭GPS定位模块，切换成室内定位；

d、重复步骤c，直至关闭移动终端定位功能。

所述的步骤c中，当切换成室外定位后，如果GPS定位模块无法获得GPS信号，则控制单元控制移动终端重新启动，重新开始步骤a；

当切换成室内定位后，如果蓝牙定位模块搜索不到蓝牙信标，则控制单元控制移动终端重新启动，重新开始步骤a。

所述的步骤c中，蓝牙信标群检测到移动终端的运动方向的具体方式为在移动终端中加装重力传感器，通过重力传感器采集的重力加速度方向判断移动终端的运动方向。

移动终端在室内通过蓝牙信标进行蓝牙定位的方法如下：

1)、构建移动终端区域扫描模型，终端区域扫描模型用于采集区域内的所有蓝牙信标发出的信号强度数据以及位置数据；

2)、采用轮换区域扫描位置、扩大区域扫描范围、缩小区域扫描范围相结合的方式，找出有效蓝牙信标密度趋向于1但不等于1的一组蓝牙信标集作为有效的蓝牙信标集，其中有效蓝牙信标密度等于信号强度强的蓝牙信标数量除以区域内扫描到的所有蓝牙信标数量的比值；

3)、基于步骤2)中得到的有效的蓝牙信标集中的蓝牙信标的位置数据进行计算得出移动终端的定位点。

所述的移动终端在室内通过蓝牙信标进行蓝牙定位的方法还包括：4)、将计算得出的定位点数据，再用环境衰减因子进行补偿，所述的环境衰减因子通过场地实际情况，依据距离和信号强度值，结合信号衰减公式确定。

所述的步骤3)中，计算得出移动终端的定位点采用三角定位法进行计算。

所述的GPS定位模块为高精定位模块，所述的高精定位模块通过RTK工作模式，进行载波相位差分处理，实现高精定位。

所述的移动终端是对讲机、或胸卡、或手牌。

所述的定位方法应用于具有设备、机器的车间或厂房，借助对讲机进行通讯、打卡以及巡检。

本发明还涉及一种室内室外无缝结合定位系统，在上述的定位方法基础上实现，所述的定位系统包括具有蓝牙定位模块、GPS定位模块、控制单元以及通讯模块的移动终端，固定在室内的蓝牙信标，以及设置在后台的服务器、控制主机和显示器。

本发明的有益效果是，

1、通过在过渡区设置的蓝牙信标群和GPS标志点，可以准确的判定移动终端所定位的点是在室内或是室外，以及是要从室内向室外行走或要从室外向室内行走，在切换定位模式时可以准确的进行切换，避免室内室外临界点出现定位空档期。同时，可以避免因天气或者其他环境因素导致定位判断出现错误的情况。

2、在室内进行定位时采用构建模型的方式进行轮换搜索蓝牙信标，可以找到可靠且有效的蓝牙信标，进而使得定位精度更加精确，特别适用于具有设备、机械的复杂车间或厂房的室内定位。

3、整个系统可以实现四种工作模式，纯室内定位、纯室外定位、室内外的融合定位、以及室内或室外的高精度定位，更大范围覆盖了用于的需求情况。进而可以实现对移动终端的对讲、打卡、巡检等各种功能。

附图说明

图1是本发明中室内外融合定位时的布局图。

1代表过渡区，2代表蓝牙信标群，3代表GPS标志点。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例说明本发明的具体工作原理。

图1中左侧的方框代表室内，方框右侧代表室外。人携带具有定位功能的移动终端，移动终端中具有蓝牙定位模块和GPS定位模块。当刚开启定位功能后，蓝牙定位模块和GPS定位模块同时开启，同时蓝牙定位模块扫描周围的蓝牙信标。如果人在室内时，蓝牙定位模块会扫描到室内设置的蓝牙信标，一般同时会扫描到至少3个以上，只是个别信标信号要强，个别信号相对弱一些，移动终端此时会认为处在室内，则会保持开启蓝牙定位模块开启，关闭GPS定位模块；如果蓝牙定位模块扫描不到蓝牙信标，或者进扫描到1-2个蓝牙信标，而且相对蓝牙信标的信号强度也非常弱，此时说明移动终端处于室外，或者离门口相对近的室外，则关闭蓝牙定位模块，保持GPS定位模块开启。以上工作过程主要由移动终端中的控制单元实现自动控制。

移动终端只在室内移动时，其定位采用蓝牙定位模式，移动终端只在室外移动时，其定位采用GPS定位模式。当移动终端从室内移动到室外，或者从室外移动到室内时，则是本发明的核心技术方案。为了考虑低功耗问题，两种定位模式需要进行切换，但切换时就需要考虑到以下三个重要方面：1是如何来捕捉移动终端在室内室外的变化，2是在移动终端所处空间变化时如何保证变换后定位点的衔接连续性问题，3是遇到特殊情况的处理，包括本来是要从室内移动到室外，但在即将移动到室外，或者刚移动到室外又要返回，下面进行详细描述。

参看图1，假设工作人员现在要从室内走向室外，首先工作人员一定会经过过渡区1，此时蓝牙信标群2会接收到移动终端中蓝牙定位模块发出的蓝牙信号，同时通过移动终端中的重力加速度方向，控制单元也会得知此时移动终端的行走方向是要向室外行进。即通过蓝牙信标群2与蓝牙定位模块的通讯以及重力加速度的方向即可判定移动终端即将从室内移动到室外，此时控制单元控制GPS定位模块延时一段时间开启，例如5秒，同时关闭蓝牙定位模块，处于室外后，则用GPS定位模块继续进行定位。当出现特殊情况时，假设工作人员计划走向室外，但到了门口又调转方向并未出去，此时虽然延时开启了GPS定位模块，但GPS定位模块并不能很好的接收到GPS信号，则控制单元控制返回到刚启动的状态，重新开始。

假设工作人员现在要从室外走向室内，当前移动终端开启的是GPS定位模块，当移动终端走到过渡区后，GPS定位模块会进入到GPS标志点1所在区域，这个GPS标志点1的所在区域是预先设定好的，只要从室外经过GPS标志点1的所在区域，则控制单元就会认为移动终端要从室外走向室内，此时控制单元控制蓝牙定位模块延时一段时间开启，例如5秒，同时关闭GPS定位模块，处于室内后，则用蓝牙定位模块继续进行定位。当遇到特殊情况，工作人员进入GPS标志点1的所在区域后但又返回了室外，此时蓝牙定位模块自然搜索不到蓝牙信标，则控制单元控制返回到刚启动的状态，重新开始。当然，控制单元的控制逻辑也可以根据不同的产品进行调整，例如一些移动终端重启速度较慢时，为了避免定位点丢失，则不进行重新启动，而是将当前开启的模块关闭，将当前关闭的模块开启。

为了提高室内蓝牙定位的精度，本发明在室内外无缝结合定位的基础上还改进了室内蓝牙的定位方式。构建移动终端区域扫描模型，目的是在用蓝牙定位时，尽可能排除掉周围信号强度较弱的蓝牙信标，因为蓝牙信标信号弱的话，在进行定位时会出现较大的偏差。因此采用轮换区域扫描位置、扩大区域扫描范围、缩小区域扫描范围相结合的方式，找出有效蓝牙信标密度趋向于1但不等于1的一组蓝牙信标集作为有效的蓝牙信标集，用以上有效的蓝牙信标集中的蓝牙信标的位置数据进行计算得出移动终端的定位点。

举例说明，当前先用直径为5米的圆形模型进行扫描，扫描到了3个蓝牙信标，这3个蓝牙信标的信号强度都非常强，此时的有效蓝牙信标密度为1。如果在现有技术中，通过三角定位算法可以直接得到当前定位点，但本申请中认为这样得到的定位点还不够精确。因此再次变换区域扫描模型，将区域扫描模型改变为直径为5米的圆形模型进行扫描，进而扫描到6个蓝牙信标，得到5个信号较强的蓝牙信标，1个信号较弱的蓝牙信标，此时的有效蓝牙信标密度为0.83。在5个信号较强的蓝牙信标中选取3个蓝牙信标数据，一共有六种组合形式，分别通过三角定位算法进行计算，得到六个定位点，然后将六个定位点再进行中和处理，得到最终的定位位置。

为了考虑到周围环境复杂度的问题，还进行了环境衰减因子的补偿，例如室内的设备、机器或障碍物会对蓝牙信号进行遮挡、干扰，则势必对蓝牙信标的数据造成一定的影响，因此用环境衰减因子进行调整，进一步提高了室内蓝牙的定位精度。

在室外时，为了提高GPS定位的精度，采用了RTK工作模式，进行载波相位差分处理，实现高精定位。

通过以上方案的全新设计，可以有效解决了如何来捕捉移动终端在室内室外的变化的问题，解决了是在移动终端所处空间变化时如何保证变换后定位点的衔接连续性问题，同时还对一些有可能遇到的特殊情况进行有效处理，另外还分别大大提高了室内和室外定位的精度。

本发明在具体应用时，移动终端可以是对讲机、或胸卡、或手牌。

所述的定位方法应用于具有设备、机器的车间或厂房，借助对讲机进行通讯、打卡以及巡检。另外就是针对安全问题进行考虑，譬如一些化工厂区禁止进入的地区，通过精确定位工作人员的行动轨迹以及行走点，一旦被监控到进入禁止区域，立刻进行报警等，同时行动轨迹也有利于后台数据的展示，方便管理人员进行调度管理。

本发明可以实现四模定位，根据用户需求不同，可以提供仅室内、仅室外、室内与室外、高精定位的室内与室外等多种组合方式。有利于管理人员实时了解定位人员的轨迹状态，同时还可以应用在对讲技术领域，可以实现对讲互通，定点打卡与巡检。

Claims (10)

1.一种室内室外无缝结合定位方法，在室内固定设置蓝牙信标，移动终端借助蓝牙定位模块和GPS定位模块分别实现室内与室外的定位，其特征在于：在室内、室外的临界区设置一个过渡区(1)，在过渡区(1)的室内侧处建立至少包含两列蓝牙信标群(2)，在过渡区(1)的室外侧处设定GPS标志点(3)，在此基础上，通过移动终端内的控制单元以及配套软件管理程序实现对室内向室外或室外向室内的融合定位，具体步骤如下：

a、移动终端的蓝牙定位模块和GPS定位模块同时开启，蓝牙定位模块搜索周围的蓝牙信标的数量；

b、如果搜索到的蓝牙信标数量大于设定的阈值，则控制单元开启蓝牙定位模块、关闭GPS定位模块，否则，控制单元开启GPS定位模块、关闭蓝牙定位模块；

c、在开启蓝牙定位模块、关闭GPS定位模块后，当蓝牙信标群(2)检测到移动终端的运动方向朝向门外时，开启GPS定位模块，并延时关闭蓝牙定位模块，切换成室外定位；

在开启GPS定位模块，关闭蓝牙定位模块后，当移动终端的GPS定位点进入到GPS标志点(3)覆盖的区域内时，开启蓝牙定位模块，延时关闭GPS定位模块，切换成室内定位；

d、重复步骤c，直至关闭移动终端定位功能。

2.根据权利要求1所述的一种室内室外无缝结合定位方法，其特征在于：所述的步骤c中，当切换成室外定位后，如果GPS定位模块无法获得GPS信号，则控制单元控制移动终端重新启动，重新开始步骤a；

当切换成室内定位后，如果蓝牙定位模块搜索不到蓝牙信标，则控制单元控制移动终端重新启动，重新开始步骤a。

3.根据权利要求1所述的一种室内室外无缝结合定位方法，其特征在于：所述的步骤c中，蓝牙信标群(2)检测到移动终端的运动方向的具体方式为在移动终端中加装重力传感器，通过重力传感器采集的重力加速度方向判断移动终端的运动方向。

4.根据权利要求1所述的一种室内室外无缝结合定位方法，其特征在于：移动终端在室内通过蓝牙信标进行蓝牙定位的方法如下：

1)、构建移动终端区域扫描模型，终端区域扫描模型用于采集区域内的所有蓝牙信标发出的信号强度数据以及位置数据；

2)、采用轮换区域扫描位置、扩大区域扫描范围、缩小区域扫描范围相结合的方式，找出有效蓝牙信标密度趋向于1但不等于1的一组蓝牙信标集作为有效的蓝牙信标集，其中有效蓝牙信标密度等于信号强度强的蓝牙信标数量除以区域内扫描到的所有蓝牙信标数量的比值；

3)、基于步骤2)中得到的有效的蓝牙信标集中的蓝牙信标的位置数据进行计算得出移动终端的定位点。

5.根据权利要求4所述的一种室内室外无缝结合定位方法，其特征在于：所述的移动终端在室内通过蓝牙信标进行蓝牙定位的方法还包括：4)、将计算得出的定位点数据，再用环境衰减因子进行补偿，所述的环境衰减因子通过场地实际情况，依据距离和信号强度值，结合信号衰减公式确定。

6.根据权利要求4所述的一种室内室外无缝结合定位方法，其特征在于：所述的步骤3)中，计算得出移动终端的定位点采用三角定位法进行计算。

7.根据权利要求1所述的一种室内室外无缝结合定位方法，其特征在于：所述的GPS定位模块为高精定位模块，所述的高精定位模块通过RTK工作模式，进行载波相位差分处理，实现高精定位。

8.根据权利要求1所述的一种室内室外无缝结合定位方法，其特征在于：所述的移动终端是对讲机、或胸卡、或手牌。

9.根据权利要求1所述的一种室内室外无缝结合定位方法，其特征在于：所述的定位方法应用于具有设备、机器的车间或厂房，借助对讲机进行通讯、打卡以及巡检。

10.一种室内室外无缝结合定位系统，在权利要求1-8所述的定位方法基础上实现，其特征在于：所述的定位系统包括具有蓝牙定位模块、GPS定位模块、控制单元以及通讯模块的移动终端，固定在室内的蓝牙信标，以及设置在后台的服务器、控制主机和显示器。

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